D9.B.2.1 設計機能

H形、I形、L形、チャンネル、パイプ、チューブ、など、利用可能なすべての断面形をメンバー特性として利用可能であり、鋼構造設計を選択するとSTAAD.Proは自動的に断面形に応じた設計手順を採用します。STAAD.ProまたはUPTABLE機能で利用できる鋼材テーブルを使用して、メンバー特性を参照できます。

D9.B.2.2 方法

鋼構造設計において、STAAD.Proは日本建築学会設計規準で要求される許容応力と実応力の比較を行います。設計手順は、次の3段階によって構成されます。

1. 断面特性の計算

   このプログラムは断面特性として、断面積A、Y軸とZ軸を基準とした断面二次モーメントI_yy およびI_zz、およびサンブナンのねじり定数 Jを、組立鋼材テーブルから抽出します。その後、このプログラムは適切な式を使用して、弾性断面係数Z_z およびZ_y、ねじり断面係数Z_x、および断面二次半径i_y およびi_zを計算します。

2. 応力と許容応力の計算

   応力と許容応力を次の方法で計算します。

   1. 軸応力:

      実際の引張応力、

      FT = 荷重 / ( A × NSF )

      意味

      NSF

      =

      設計パラメータとして入力された引張の有効断面積係数

      実際の圧縮応力、F_C = 荷重 / A

      許容引張応力、f_t

      • = FYLD / 1.5（長期荷重の場合）
      • = FYLD（短期荷重の場合）
      意味

      FYLD

      =

      設計パラメータとして入力された降伏応力

      許容圧縮応力、f_c

      $f_c=\{\begin{array}{c}\frac{[1-0.4{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2]F}{\nu }\text{ ただし、 }\lambda \le \Lambda \\ \frac{\begin{array}{c}0.277F\end{array}}{{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2}\text{ ただし、 }\lambda >\Lambda \end{array}$

      = fc x 1.5 （短期荷重の場合）

      意味

      Λ	=	$\sqrt{\frac{{\pi }^{2}E}{0.6F}}$
      ν	=	$\frac{3}{2}+\frac{2}{3}{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2$
      λ	=	最大細長比、 両方の主軸を考慮
      E	=	鋼材の弾性係数（ヤング係数）

      実際のねじり応力、f_t = ねじり / Z_x

      意味

      Zx	=	J / max(tf, tw)
      tf	=	フランジの厚み
      tw	=	ウェブの厚み

   2. 曲げ応力:

      Myによる圧縮曲げ応力:

      ( F_bcy) = M_y / Z_cy

      Mzによる圧縮曲げ応力

      ( F_bcz) = M_z / Z_cz

      Myによる引張曲げ応力

      ( F_bty ) = M_y / Z_ty

      Mzによる引張曲げ応力

      ( Fbtz ) = Mz / Ztz

      意味

      Zcy,Zcz	=	y軸とz軸のそれぞれを中心とした曲げによる圧縮の弾性断面係数
      Zty,Ztz	=	y軸とz軸のそれぞれを中心とした曲げによる引張の弾性断面係数

      M_yに対する許容曲げ応力

      (f_bcy) = f_t

      M_zに対する許容曲げ応力

      ただし、 λ_b ≤ _pλ_b, f_b = F/ν

      ただし、 _pλ_b < λ_b ≤ _eλ_b,

      $f_b=\frac{F(1-0.4\frac{{\lambda }_b-{{}_p\lambda }_b}{{}_e{\lambda }_b-{{}_p\lambda }_b})}{\nu }$

      ただし、 _eλ_b < λ_b,

      $f_b=\frac{1}{{\lambda }_b^2}\frac{F}{2.17}$
      意味

      λb	=	$\sqrt{M_y/M_e}$
      eλb	=	$1/\sqrt{0.6}$
      ν	=	$\frac{3}{2}+\frac{2}{3}{\left(\frac{{\lambda }_b}{{{}_e\lambda }_b}\right)}^2$
      Me	=	$C\sqrt{\frac{{\pi }^{4}E{I}_{y}E{I}_w}{I_b^4}+\frac{{\pi }^{2}E{I}_{y}GJ}{I_b^2}}$
      pλb	=	$0.6+0.3\left(\frac{M2}{M1}\right)$ または、0でない場合はPLBの値として取得
      C	=	1.75 + 1.05 (M2 / M1) + 0.3 (M2 / M1)2 ≤ 2.3
      M1	=	主軸を中心にした大きい方の端部モーメント
      M2	=	主軸を中心にした小さい方の端部モーメント

      注記: M2/M1 は、二重曲率の場合には+ve、単一曲率の場合には-veとなります。

      短期荷重の場合、f_bcz = 1.5 x (長期荷重のf_bcz)

      意味

      ft	=	許容曲げ応力 （Myによる）,fbty
      fbcz	=	許容曲げ応力 （Mzによる）,fbtz

      注記: パラメータCBを使用して、Cの値を直接指定することができます。

   3. せん断応力

      せん断応力は、次の式で計算されます。

      Qy = Fy / Aww

      意味

      Aww

      =

      ウェブのせん断断面積 = 奥行き x ウェブの厚み

      Qz = Fz / Aff

      意味

      Aff

      =

      フランジのせん断断面積 = 全フランジ面積の2/3倍

      許容せん断応力:

      • 長期荷重:f_s = (F_y/√(3))/ 1.5
      • 短期荷重: f_s = F_y / √(3)
      意味

      Fy

      =

      鋼材の降伏強度、FYLDパラメータで指定します。

3. 設計要求の確認:

   ユーザーによって与えられるRATIOの値（デフォルトは1.0）は、設計要求のチェックに使用されます。

   次の条件が日本建築学会規準を満足するか確認します。すべての条件に対して、計算値はRATIOの値を超えてはいけません。RATIOの値を超える場合は、プログラムはその断面が不合格であるとのメッセージを与えます。

   条件:

   1. 軸引張応力比 = F_T / f_t
   2. 軸圧縮応力比 = F_C / f_c
   3. 圧縮と曲げの組合せ圧縮応力比 = F_C / f_c+F_bcz/f_bcz+F_bcy/f_bcy
   4. 圧縮と曲げの組合せ引張応力比 = (F_btz+F_bty-F_C) / f_t
   5. 引張と曲げの組合せ引張応力比 = (F_T+F_btz+F_bty) / f_t

   6. 引張と曲げの組合せ圧縮応力比 = F_bcz/f_bcz+F_bcy/f_bcy- F_T/f_t

   7. Yのせん断応力率 = q_y / f_s
   8. Zのせん断応力率 = q_z / f_s
   9. von Mises応力率（von Mises応力をチェックするように設定している場合）= f_m/(k⋅f_t)